Tối ưu hóa GSM

Tài liệu tham khảo ngành tin học Tối ưu hóa GSM

-

-NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ……….………….…… Số hiệu sinh viên: ………

Khoá:……… Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ………

1 Đầu đề đồ án: ……… ………

……… ………

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ……… ……… …… ………

……….

… ……… ……….

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……… ….

………

…… ….

………

…… … ….………

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……… ….

………

……….……….

5 Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……… ………

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……… ………

7 Ngày hoàn thành đồ án: ……… ………

Ngày tháng năm

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:

Ngành: Khoá:

Giảng viên hướng dẫn:

Cán bộ phản biện:

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

Trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng

và không thể thiếu được Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đa dạng và phong phú

Ngày nay với những nhu cầu cả về số lượng và chất lượng của khách hàng sử dụng các dịch vụ viễn thông ngày càng cao, đòi hỏi phải có những phương tiện thông tin hiện đại nhằm đáp ứng các nhu cầu đa dạng của khách hàng “mọi lúc, mọi nơi”

mà họ cần

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh không thể thiếu được của tất cả các nhà khai thác viễn thông trên thế giới Đối với các khách hàng viễn thông, nhất là các nhà doanh nghiệp thì thông tin di động trở thành phương tiện liên lạc quen thuộc và không thể thiếu được Dịch vụ thông tin di động ngày nay không chỉ hạn chế cho các khách hàng giầu có nữa mà nó đang dần trở thành dịch vụ phổ cập cho mọi đối tượng viễn thông

Trong những năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động trong nước đã có những bước phát triển vượt bậc cả về cơ sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ Với sự hình thành nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới đã tạo ra sự cạnh tranh để thu hút thị phần thuê bao giữa các nhà cung cấp dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụ liên tục đưa ra các chính sách khuyến mại, giảm giá và đã thu hút được rất nhiều khách hàng sử dụng dịch vụ Cùng với đó, mức sống chung của toàn xã hội ngày càng được nâng cao đã khiến cho số lượng các thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng đột biến trong các năm gần đây

Các nhà cung cấp dịch vụ di động trong nước hiện đang sử dụng hai công nghệ là GSM (Global System for Mobile Communication - Hệ thống thông tin di động toàn cầu) với chuẩn TDMA (Time Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo thời gian) và công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo mã) Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng hệ thống thông tin

vụ di động sử dụng công nghệ CDMA là S-Fone, EVN, Hanoi Telecom.

Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA mang lại nhiều tiện ích hơn cho khách hàng, và cũng đang dần lớn mạnh Tuy nhiên hiện tại do nhu cầu sử dụng của khách hàng nên thị phần di động trong nước phần lớn vẫn thuộc về các nhà cung cấp dịch vụ di động GSM với số lượng các thuê bao là áp đảo Chính vì vậy việc tối ưu hóa mạng di động GSM là việc làm rất cần thiết và mang một ý nghĩa thực tế rất cao

Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội và sau thời gian thực tập tại phòng Kỹ thuật_Khai thác thuộc Trung tâm di động KVI_công ty VMS-

MobiFone cùng với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Tiến Quyết, em đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tối ưu hóa mạng di động GSM”.

Em xin chân thành cảm ơn Trưởng phòng Đỗ Vũ Anh_Phòng Công nghệ và Phát triển mạng, Trưởng phòng Nguyễn Xuân Nghĩa_Phòng Kỹ thuật Khai thác đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong đợt thực tập tốt nghiệp

Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Tiến Quyết cùng với tổ trưởng tổ tối ưu hóa anh Đỗ Trung Minh và các cán bộ phòng Kỹ thuật_Khai thác thuộc công ty thông tin di động VMS_MobiFone khu vực I đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Hà Nội, Ngày Tháng Năm 2007

Sinh viên thực hiệnHoàng Anh Dũng

LỜI NÓI ĐẦU 3

DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA 9

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 11

PHẦN MỞ ĐẦU 16

Phần I 1

TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM 1

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM 1

1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM 2

1.2 Cấu trúc địa lý của mạng 3

1.2.1 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network) 4

1.2.2 Vùng phục vụ MSC 4

1.2.3 Vùng định vị (LA - Location Area) 5

1.2.4 Cell (Tế bào hay ô) 5

2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 6

2.1 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM 6

2.2 Các thành phần chức năng trong hệ thống 7

2.2.1 Trạm di động (MS - Mobile Station) 7

2.2.2 Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem) 7

2.2.2.1 Khối BTS (Base Tranceiver Station): 8

2.2.2.2 Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit): 8

2.2.2.3 Khối BSC (Base Station Controller): 8

2.2.3 Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem) 9

2.2.3.1 Trung tâm chuyển mạch di động MSC: 10

2.2.3.2 Bộ ghi định vị thường trú (HLR - Home Location Register): 11

2.2.3.3 Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register): 12

2.2.3.4 Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR - Equipment Identity Register): 12

2.2.3.5 Khối trung tâm nhận thực AuC (Aunthentication Center) 13

2.2.4 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS) 13

2.2.4.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng: 13

2.2.4.2 Quản lý thuê bao: 14

2.2.4.3 Quản lý thiết bị di động: 14

2.3 Giao diện vô tuyến số 14

2.3.1 Kênh vật lý 14

Phần II 22

TỐI ƯU HÓA MẠNG GSM 22

3 TÍNH TOÁN MẠNG DI ĐỘNG GSM 22

3.1 Lý thuyết dung lượng và cấp độ dịch vụ 22

3.1.1 Lưu lượng và kênh vô tuyến đường trục 22

3.1.2 Cấp độ dịch vụ - GoS (Grade of Service) 23

3.1.3 Hiệu suất sử dụng trung kế (đường trục) 25

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng phủ sóng 25

3.2.1 Tổn hao đường truyền sóng vô tuyến 25

3.2.1.1 Tính toán lý thuyết 26

3.2.1.2 Các mô hình chính lan truyền sóng trong thông tin di động: 29

3.2.2 Vấn đề Fading 32

3.2.3 Ảnh hưởng nhiễu C/I và C/A 32

3.2.3.1 Nhiễu đồng kênh C/I: 32

3.2.3.2 Nhiễu kênh lân cận C/A: 34

3.2.3.3 Một số biện pháp khắc phục 35

3.2.4 Phân tán thời gian 36

3.2.4.1 Các trường hợp phân tán thời gian 37

3.2.4.2 Một số giải pháp khắc phục 38

4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 41

4.1 Hệ thống thông tin di động tế bào 41

4.2 Quy hoạch Cell 43

4.2.1 Khái niệm tế bào (Cell) 43

4.2.2 Kích thước Cell và phương thức phủ sóng 44

4.2.2.1 Kích thước Cell 44

4.2.2.2 Phương thức phủ sóng 45

4.2.3 Chia Cell (Cells Splitting) 46

4.3 Quy hoạch tần số 51

4.3.1 Tái sử dụng lại tần số 52

4.3.2 Các mẫu tái sử dụng tần số 55

4.3.2.1 Mẫu tái sử dụng tần số 3/9: 55

4.3.2.2 Mẫu tái sử dụng tần số 4/12: 57

4.3.2.3 Mẫu tái sử dụng tần số 7/21: 58

4.3.3 Thay đổi quy hoạch tần số theo phân bố lưu lượng 60

4.3.3.1 Thay đổi quy hoạch tần số 60

4.3.3.2 Quy hoạch phủ sóng không liên tục 63

4.3.4 Thiết kế tần số theo phương pháp MRP (Multiple Reuse Patterns) 63

4.4 Antenna 71

4.4.1 Kiểu loại anten: 71

4.4.2 Độ tăng ích anten (Gain of an Antenna) 72

4.4.3 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương - EIRP 73

4.4.4 Độ cao và góc nghiêng (down tilt) của anten: 73

4.5 Chuyển giao cuộc gọi (Handover) 76

4.5.1 Phân loại Handover 77

4.5.2 Khởi tạo thủ tục Handover 80

4.5.3 Quy trình chuyển giao cuộc gọi 80

5 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 86

5.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ QOS 86

5.2 Các đại lượng đặc trưng 86

5.2.1 Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR (Call Setup Successful Rate) 86

5.2.2 Tỷ lệ rớt cuộc gọi trung bình (Average Drop Call Rate - AVDR) 87

5.2.3 Tỷ lệ rớt mạch trên TCH (TCH Drop Rate - TCDR) 87

5.2.4 Tỷ lệ nghẽn mạch TCH (TCH Blocking Rate - TCBR) 88

5.2.5 Tỉ lệ rớt mạch trên SDCCH (SDCCH Drop Rate - CCDR) 90

5.2.6 Tỷ lệ nghẽn mạch trên SDCCH (SDCCH Blocking Rate - CCBR) 91

5.2.7 Một số đại lượng đặc trưng khác 91

5.2.7.1 Số kênh hoạt động (Available Channels) 92

5.2.7.2 Tỷ lệ thành công handover đến (Incoming HO Successful Rate - IHOSR) 92

5.2.7.3 Tỷ lệ thành công handover ra (Outgoing HO Successful Rate - OHOSR) 92

5.2.7.4 EMPD 93

5.2.7.5 Thời gian chiếm mạch trung bình (MHT - Mean Holding Time) 94

5.3 Các chỉ tiêu chất lượng thực tế mạng VMS_MobiFone 94

5.3.1 Số liệu thống kê chất lượng mạng hiện tại 94

5.3.2 Nhận xét, đánh giá 96

5.4 Một số giải thích về các thuật ngữ thường dùng 96

6 MỘT SỐ MINH HỌA CÔNG TÁC TỐI ƯU HÓA MẠNG VMS_MOBIFONE 98

6.1 Đo kiểm tra Handover giữa hai trạm 98

6.2 Phân tích kết quả đo sóng để phát hiện nhiễu tần số 100

6.3 Thực hiện mở rộng TRX để nâng cao chỉ tiêu chất lượng 102

KẾT LUẬN 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

PHỤ LỤC 107

DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA

***

Hình 1-1 Thị phần thông tin di động trên thế giới năm 2006 3

Hình 1-2 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM 3

Hình 1-3 Phân vùng và chia ô 4

Hình 2-4 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM 6

Hình 2-5 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC 10

Hình 2-6 Phân loại kênh logic 16

Hình 3-7 Lưu lượng: Muốn truyền, được truyền, nghẽn 23

Hình 3-8 Xác suất nghẽn GoS 24

Hình 3-9 Truyền sóng trong trường hợp coi mặt đất là bằng phẳng 27

Hình 3-10 Vật chắn trong tầm nhìn thẳng 28

Hình 3-11 Biểu đồ cường độ trường của OKUMURA 29

Hình 3-12 Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I 33

Hình 3-13 Đặt BTS gần chướng ngại vật để tránh phân tán thời gian 39

Hình 3-14 Phạm vi vùng Elip 40

Hình 4-15 Cấu trúc hệ thống thông tin di động trước đây 41

Hình 4-16 Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào 42

Hình 4-17 Khái niệm Cell 43

Hình 4-18 Khái niệm về biên giới của một Cell 43

Hình 4-19 Omni (3600) Cell site 45

Hình 4-20 Sector hóa 1200 45

Hình 4-21 Phân chia Cell 46

Hình 4-22 Các Omni (3600) Cells ban đầu 47

Hình 4-23 Giai đoạn 1 :Sector hóa 48

Hình 4-24 Tách chia 1:3 thêm lần nữa 49

Hình 4-25 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3) 49

Hình 4-26 Mảng mẫu gồm 7 cells 53

Hình 4-27 Khoảng cách tái sử dụng tần số 53

Hình 4-28 Sơ đồ tính C/I 54

Hình 4-29 Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 56

Hình 4-30 Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12 58

Hình 4-31 Mẫu tái sử dụng tần số 7/21 59

Hình 4-32 Thay đổi quy hoạch tần số 61

Hình 4-33 Phủ sóng không liên tục 63

Hình 4-34 Một ví dụ về hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần trên phân tập nhiễu của một mạng lưới Kích thước của mũi tên phản ánh nhiễu tương quan giữa các cell đồng kênh 65

Hình 4-35 Ví dụ về thiết kế tần số với phương pháp MRP 68

Hình 4-36 Anten vô hướng (Omni antenna) 71

Hình 4-37 Đã được Sector hóa 72

Hình 4-38 Anten vô hướng có góc nghiêng bằng 0 độ 74

Hình 4-39 Đồ thị quan hệ giữa góc thẳng đứng và suy hao cường độ trường 75

Hình 4-40 Ví dụ về hiệu quả của “downtilt” 75

Hình 4-41 Intra-cell Handover 78

Hình 4-42 Inter-cell Handover 78

Hình 4-43 Intra-MSC Handover 79

Hình 4-44 Inter-MSC Handover 79

Hình 4-45 GĐ 1: Trong lúc kết nối, MS vẫn tiếp tục đo đạc mức thu và chất lượng truyền dẫn của cell phục vụ và những cell xung quanh 81

Hình 4-46 Quyết định chuyển giao_Handover Decision 81

Hình 4-47 GĐ 1: BSC khai báo thông tin với MSC 82

Hình 4-48 GĐ 2: MSC1 yêu cầu MSC2 cấp Handover Number 83

Hình 4-49 GĐ 2: Cấp mã HON và kênh vô tuyến cho MSC1 84

Hình 4-50 GĐ 3: MSC1 chuyển mạch kết nối cho MS trên kênh lưu lượng thiết lập với MSC2 84

Hình 4-51 Kết nối với BTS cũ được giải phóng 85

Hình 6-52 Đo kiểm tra Handover từ trạm Trương Định sang trạm Đại La 98

Hình 6-53 Kết quả đo Handover giữa hai trạm là tốt 99

Hình 6-54 Kết quả đo sóng phát hiện nhiễu tần số tại khu đô thị mới Pháp Vân 100

Hình 6-55 Phát hiện nhiễu tần số 101

Hình 6-56 Các chỉ tiêu chất lượng hệ thống trước và sau khi mở rộng TRX tại Hàng Lược (Cell A_Băng tần 1800) 102

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

***

A

ACCH Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết

AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập

ChannelAUC Authentication Center Trung tâm nhận thực

AVDR Average Drop Call Rate Tỉ lệ rớt cuộc gọi trung bình

B

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSIC Base Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

C

C/A Carrier to Adjacent Tỉ số sóng mang/nhiễu kênh lân

cận

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CCH Control Channel Kênh điều khiển

CCS7 Common Channel Signalling No7 Báo hiệu kênh chung số 7

CCITT International Telegraph and Uỷ ban tư vấn quốc tế về điện thoại và

Telephone Consultative Committee điện báo CDMACode Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

C/I Carrier to Interference Tỉ số sóng mang/nhiễu đồng kênhC/R Carrier to Reflection Tỉ số sóng mang/sóng phản xạ

CSPDN Circuit Switch Public Mạng số liệu công cộng chuyển mạch

CSSR Call Successful Rate Tỉ lệ cuộc gọi thành công

GSM Global System for Mobile Thông tin di động toàn cầu

Communication

H

I

Network

L

N

O

PLMNPublic Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

R

T

thời gian

PHẦN MỞ ĐẦU

***

Đề tài được chia thành hai phần:

 Phần II: TỐI ƯU HÓA MẠNG DI ĐỘNG GSM

Phần I của đề tài sẽ đề cập tới những khái niệm cơ bản nhất về hệ thống thông tin di động GSM

Phần II trình bày các tính toán mạng GSM cùng với công tác tối ưu hóa hệ thống

Nội dung chính được trình bày trong các chương như sau:

 Chương I: Giới thiệu về lịch sử phát triển mạng GSM và cấu trúc địa lý của mạng

 Chương II: Trình bày về các thành phần chức năng trong hệ thống

 Chương III: Trình bày các tính toán mạng GSM về dung lượng và các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng phủ sóng

 Chương IV: Trình bày những quy hoạch thiết kế hệ thống

 Chương V: Các chỉ tiêu chất lượng hệ thống, giá trị khuyến nghị và các chỉ tiêu chất lượng thực tế đạt được của mạng VMS_MobiFone

 Chương VI: Giới thiệu một số công tác tối ưu hóa tại mạng VMS_MobiFone

Phần I TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM

Chương I 1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM

Hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng Pháp: Groupe Spécial Mobile tiếng Anh: Global System for Mobile Communications; viết tắt GSM) là một công

nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho

phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các

mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới

GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên thế giới, cho phép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên thế giới GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất lượng

cuộc gọi Nó được xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ hai (second

generation, 2G) GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3rd

Generation Partnership Project (3GPP)

Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn Thuận lợi đối với nhà điều hành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng GSM cho phép nhà điều hành mạng có thể kết hợp chuyển vùng với nhau do vậy mà người sử dụng có thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới

1.1.Lịch sử phát triển mạng GSM

Những năm đầu 1980, hệ thống viễn thông tế bào trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ đặc biệt là ở Châu Âu mà không được chuẩn hóa về các chỉ tiêu kỹ thuật Điều này đã thúc giục Liên minh Châu Âu về Bưu chính viễn thông CEPT

(Conference of European Posts and Telecommunications) thành lập nhóm đặc trách

về di động GSM (Groupe Spécial Mobile) với nhiệm vụ phát triển một chuẩn thống

nhất cho hệ thống thông tin di động để có thể sử dụng trên toàn Châu Âu

Ngày 27 tháng 3 năm 1991, cuộc gọi đầu tiên sử dụng công nghệ GSM được thực hiện bởi mạng Radiolinja ở Phần Lan (mạng di động GSM đầu tiên trên thế giới)

Năm 1989, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European

Telecommunications Standards Institute) quy định chuẩn GSM là một tiêu chuẩn

chung cho mạng thông tin di động toàn Châu Âu, và năm 1990 chỉ tiêu kỹ thuật GSM phase I (giai đoạn I) được công bố

Năm 1992, Telstra Australia là mạng đầu tiên ngoài Châu Âu ký vào biên bản

ghi nhớ GSM MoU (Memorandum of Understanding) Cũng trong năm này, thỏa

thuận chuyển vùng quốc tế đầu tiên được ký kết giữa hai mạng Finland Telecom của Phần Lan và Vodafone của Anh Tin nhắn SMS đầu tiên cũng được gửi đi trong năm 1992

Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát triển một cách mạnh mẽ, cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các nhà điều hành, các mạng di động mới, thì số lượng các thuê bao cũng gia tăng một cách chóng mặt

Năm 1996, số thành viên GSM MoU đã lên tới 200 nhà điều hành từ gần 100 quốc gia 167 mạng hoạt động trên 94 quốc gia với số thuê bao đạt 50 triệu

Năm 2000, GPRS được ứng dụng Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS) được đi vào hoạt động, số thuê bao GSM đã vượt quá 500 triệu Năm 2003, mạng EDGE đi vào hoạt động

Cho đến năm 2006 số thuê bao di động GSM đã lên tới con số 2 tỉ với trên

700 nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động trên thế giới Theo dự đoán của GSM Association, năm 2007 số thuê bao GSM sẽ đạt 2,5 tỉ

(Nguồn: www.gsmworld.com; www.wikipedia.org )

Hình 1-1 Thị phần thông tin di động trên thế giới năm 2006

1.2.Cấu trúc địa lý của mạng

Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi Ở một mạng di động, cấu trúc này rất quạn trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng Trong hệ thống GSM, mạng được phân chia thành các phân vùng sau (hình 1.2):

Hình 1-2 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM

Hình 1-3 Phân vùng và chia ô

1.2.1.Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network)

Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc gia thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở

có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới

Phân cấp tiếp theo là vùng phục vụ PLMN, đó có thể là một hay nhiều vùng trong một quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục vụ

Kết nối các đường truyền giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng khác (cố định hay di động) đều ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Tất cả các cuộc gọi vào hay ra mạng GSM/PLMN đều được định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching Center) G-MSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN

1.2.2.Vùng phục vụ MSC

MSC (Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là tổng đài di động) Vùng MSC là một bộ phận của mạng được một MSC quản lý Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động Mọi thông tin để định tuyến cuộc gọi tới

thuê bao di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC được lưu giữ trong bộ ghi định vị tạm trú VLR.

Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR

1.2.3.Vùng định vị (LA - Location Area)

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này Vùng định vị này là một vùng mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm một thuê bao di động bị gọi Vùng định vị LA được

hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động

Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity):

LAI = MCC + MNC + LAC

MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia

MNC (Mobile Network Code): mã mạng di động

LAC (Location Area Code) : mã vùng định vị (16 bit)

1.2.4.Cell (Tế bào hay ô)

Vùng định vị được chia thành một số ô mà khi MS di chuyển trong đó thì không cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng Cell là đơn vị cơ sở của mạng, là một vùng phủ sóng vô tuyến được nhận dạng bằng nhận đạng ô toàn cầu (CGI) Mỗi

ô được quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS

CGI = MCC + MNC + LAC + CI

CI (Cell Identity): Nhận dạng ô để xác định vị trí trong vùng định vị

Trạm di động MS tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identification Code)

Chương II 2.HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

2.1.Mô hình hệ thống thông tin di động GSM

Hình 2-4 Mô hình hệ thống thông tin di động GSM

Các ký hiệu:

OSS : Phân hệ khai thác và hỗ trợ BTS : Trạm vô tuyến gốc

AUC : Trung tâm nhận thực MS : Trạm di động

HLR : Bộ ghi định vị thường trú ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ

MSC : Tổng đài di động PSTN (Public Switched Telephone Network): BSS : Phân hệ trạm gốc Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

BSC : Bộ điều khiển trạm gốc PSPDN : Mạng chuyển mạch gói công cộng OMC : Trung tâm khai thác và bảo

dưỡng CSPDN (Circuit Switched Public Data Network):

SS : Phân hệ chuyển mạch Mạng số liệu chuyển mạch kênh công cộng VLR : Bộ ghi định vị tạm trú PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị

2.2 Các thành phần chức năng trong hệ thống

Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM được chia thành 4 phân hệ chính sau:

 Trạm di động MS (Mobile Station)

 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

 Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem)

 Phân hệ khai thác và hỗ trợ (Operation and Support Subsystem)

Trạm di động ở GSM thực hiện hai chức năng:

− Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đường vô tuyến

− Đăng ký thuê bao, ở chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải có một thẻ gọi là SIM card Trừ một số trường hợp đặc biệt như gọi cấp cứu… thuê bao chỉ có thể truy nhập vào hệ thống khi cắm thẻ này vào máy

2.2.2.Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem)

BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua giao diện vô tuyến Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân hệ

chuyển mạch SS Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành

và bảo dưỡng OSS Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:

phối hợp tốc độ

 BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc

 BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc

2.2.2.1.Khối BTS (Base Tranceiver Station):

Một BTS bao gồm các thiết bị thu /phát tín hiệu sóng vô tuyến, anten và bộ phận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào (cell)

2.2.2.2.Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit):

Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể được đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC

2.2.2.3.Khối BSC (Base Station Controller):

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân

hệ chuyển mạch SS Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện A.bis

Các chức năng chính của BSC:

1 Quản lý mạng vô tuyến: Việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các cell và các kênh logic của chúng Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC để đo đạc và xử lý, chẳng hạn như lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất bại

2 Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình của BTS ( số máy thu/phát TRX, tần số cho mỗi trạm ) Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi

3 Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đấu nối tới máy di động MS Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc đấu nối được ở máy

di động và TRX gửi đến BSC Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên

để quyết định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn Trong trường hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell khác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều

4 Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin Trong trường hợp có sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng

2.2.3.Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem)

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:

 Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC

 Thanh ghi định vị thường trú HLR

 Thanh ghi định vị tạm trú VLR

 Trung tâm nhận thực AuC

 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR

Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của mạng GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác

2.2.3.1.Trung tâm chuyển mạch di động MSC:

Tổng đài di động MSC (Mobile services Switching Center) thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối

và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC (Gateway MSC)

Chức năng chính của tổng đài MSC:

 Xử lý cuộc gọi (Call Processing)

 Điều khiển chuyển giao (Handover Control)

 Quản lý di động (Mobility Management)

Hình 2-5 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

(1): Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết của thuê bao di động, sẽ có hai trường hợp xảy ra :

 (1.a) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động Cuộc gọi sẽ được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC gần nhất.

 (1.b) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà trạm di động trực thuộc sẽ nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thông qua BTS có chứa số thoại của thuê bao di động bị gọi

(2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN) của thuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng ký

(3): MSC (hay GMSC) sẽ hỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đến MSC/VLR quản lý MS

(4): HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM, đó là chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF (Inter Networking Function) IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể

ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

2.2.3.2.Bộ ghi định vị thường trú (HLR - Home Location Register):

HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao

2.2.3.3.Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register):

VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu

số liệu về MS từ HLR Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR, có thể coi VLR như một HLR phân bố VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị

Hay nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu trữ tạm thời thông tin

về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR

VLR bao gồm:

 Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI

 Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS

 Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế sử dụng

 Trạng thái của MS ( bận: busy; rỗi: idle)

2.2.3.4.Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR - Equipment Identity Register):

EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế (IMEI-International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị Một ME sẽ có số IMEI thuộc một trong ba danh sách sau:

1 Nếu ME thuộc danh sách trắng ( White List ) thì nó được quyền truy nhập

và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký

2 Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cần kiểm tra Danh sách xám bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm hay lỗi sản xuất thiết bị) nhưng không nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống

3 Nếu ME thuộc danh sách đen ( Black List ), tức là bị cấm không cho truy nhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy

2.2.3.5.Khối trung tâm nhận thực AuC (Aunthentication Center)

AuC được nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật Đường vô tuyến cũng được AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép

2.2.4.Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS)

OSS (Operation and Support System) thực hiện 3 chức năng chính:

1) Khai thác và bảo dưỡng mạng

2) Quản lý thuê bao và tính cước

Bảo dưỡng:

Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó có một

số quan hệ với khai thác Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra Bảo dưỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng như việc sử dụng các phần mềm điều khiển từ xa

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý của TMN (Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thông) Lúc

này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng khác trừ BTS) Mặt khác

hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người - máy Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC - Operation and Maintenance Center)

2.2.4.2.Quản lý thuê bao:

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập

và xoá thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác có thể thâm nhập được các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò như một bộ phận quản

lý thuê bao

2.2.4.3.Quản lý thiết bị di động:

Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện EIR lưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị Trong hệ thống GSM thì EIR được coi là thuộc phân hệ chuyển mạch NSS

2.3.Giao diện vô tuyến số

Các kênh của giao diện vô tuyến bao gồm các kênh vật lý và các kênh logic

2.3.1.Kênh vật lý

Kênh vật lý tổ chức theo quan niệm truyền dẫn Đối với TDMA GSM, kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số sóng mang vô tuyến được chỉ định

GSM 900 nguyên thủy

Dải tần số: 890 ÷ 915 MHz cho đường lên uplink (từ MS đến BTS)

935 ÷ 960 MHz cho đường xuống downlink (từ BTS đến MS).Dải thông tần của một kênh vật lý là 200KHz Dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng 200KHz

Ful (n) = 890,0 MHz + (0,2 MHz) * n

Fdl (n) = Ful (n) + 45 MHz

Với 1 ≤ n ≤ 124 Các kênh từ 1 ÷ 124 được gọi là các kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number) Kênh 0 là dải phòng vệ

Vậy GSM 900 có 124 tần số bắt đầu từ 890,2MHz Mỗi dải thông tần là một khung TDMA có 8 khe thời gian Như vậy, số kênh vật lý ở GSM 900 là sẽ 992 kênh

Hình 2-6 Phân loại kênh logic

a.Kênh lưu lượng TCH: Có hai loại kênh lưu lượng:

− Bm hay kênh lưu lượng toàn tốc (TCH/F), kênh này mang thông tin tiếng

hay số liệu ở tốc độ 22,8 kbit/s

− Lm hay kênh lưu lượng bán tốc (TCH/H), kênh này mang thông tin ở tốc

độ 11,4 kbit/s

b.Kênh điều khiển CCH (ký hiệu là Dm): bao gồm:

− Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel).

− Kênh điều khiển chung CCCH (Common Control Channel)

− Kênh điều khiển riêng DCCH (Dedicate Control Channel)

Kênh quảng bá BCH: BCH = BCCH + FCCH + SCH

− FCCH (Frequency Correction Channel): Kênh hiệu chỉnh tần số cung cấp

tần số tham chiếu của hệ thống cho trạm MS FCCH chỉ được dùng cho đường xuống

− SCH (Synchronous Channel): Kênh đồng bộ khung cho MS

− BCCH (Broadcast Control Channel): Kênh điều khiển quảng bá cung cấp các tin tức sau: Mã vùng định vị LAC (Location Area Code), mã mạng di động MNC (Mobile Network Code), tin tức về tần số của các cell lân cận, thông số dải quạt của cell và các thông số phục vụ truy cập.

 Kênh điều khiển chung CCCH: CCCH là kênh thiết lập sự truyền thông

giữa BTS và MS Nó bao gồm: CCCH = RACH + PCH + AGCH.

− RACH (Random Access Channel), kênh truy nhập ngẫu nhiên Đó là kênh hướng lên để MS đưa yêu cầu kênh dành riêng, yêu cầu này thể hiện trong bản tin đầu của MS gửi đến BTS trong quá trình một cuộc liên lạc

− PCH (Paging Channel, kênh tìm gọi) được BTS truyền xuống để gọi MS

− AGCH (Access Grant Channel): Kênh cho phép truy nhập AGCH, là kênh hướng xuống, mang tin tức phúc đáp của BTS đối với bản tin yêu cầu kênh của MS

để thực hiện một kênh lưu lượng TCH và kênh DCCH cho thuê bao

Kênh điều khiển riêng DCCH: DCCH là kênh dùng cả ở hướng lên và hướng xuống, dùng để trao đổi bản tin báo hiệu, phục vụ cập nhật vị trí, đăng ký và thiết lập cuộc gọi, phục vụ bảo dưỡng kênh DCCH gồm có:

− Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH dùng để cập nhật vị trí và thiết lập cuộc gọi

− Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH, là một kênh hoạt động liên tục trong suốt cuộc liên lạc để truyền các số liệu đo lường và kiểm soát công suất

− Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH, nó liên kết với một kênh TCH và hoạt động bằng cách lấy lên một khung FACCH được dùng để chuyển giao cell

2.4.Các mã nhận dạng sử dụng trong hệ thống GSM

Trong GSM, mỗi phần tử mạng cũng như mỗi vùng phục vụ đều được địa chỉ hoá bằng một số gọi là mã (code) Trên phạm vi toàn cầu, hệ thống mã này là đơn trị (duy nhất) cho mỗi đối tượng và được lưu trữ rải rác trong tất cả các phần tử mạng

Mã xác định khu vực LAI ( Location Area Identity ): LAI là mã quốc tế cho

các khu vực, được lưu trữ trong VLR và là một thành phần trong mã nhận dạng tế bào toàn cầu CGI (Cell Global Identity) Khi một thuê bao có mặt tại một vùng phủ sóng nào đó, nó sẽ nhận CGI từ BSS, so sánh LAI nhận được trước đó để xác định

xem nó đang ở đâu Khi hai số liệu này khác nhau, MS sẽ nạp LAI mới cho bộ nhớ Cấu trúc của một LAI như sau:

Trong đó:

•MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia của nước có mạng GSM

•MNC (Mobile Network Code): mã của mạng GSM, do quốc gia có mạng GSM qui định

•LAC (Location Area Code): mã khu vực, dùng để nhận dạng khu vực trong mạng GSM

Các mã số đa dịch vụ toàn cầu (International ISDN Numbers): Các phần tử

của mạng GSM như MSC, VLR, HLR/AUC, EIR, BSC đều có một mã số tương ứng

đa dịch vụ toàn cầu Mã các điểm báo hiệu được suy ra từ các mã này được sử dụng cho mạng báo hiệu CCS7 trong mạng GSM

Riêng HLR/AUC còn có một mã khác, gồm hai thành phần Một phần liên quan đến số thuê bao đa dịch vụ toàn cầu - MSISDN (International Mobile Subscriber ISDN Number) được sử dụng trong việc thiết lập cuộc gọi từ một mạng khác đến MS trong mạng Phần tử khác liên quan đến mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế - IMSI (International Mobile Subscriber Identity) được lưu giữ trong AUC

Mã nhận dạng tế bào toàn cầu CGI: CGI được sử dụng để các MSC và BSC

truy nhập các tế bào

CGI = LAI + CI

CI (Cell Identity) gồm 16 bit dùng để nhận dạng cell trong phạm vi của LAI CGI được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu của MSC/VLR

Mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code):

Cấu trúc của mã nhận dạng trạm gốc như sau:

NCC (3 bits) BCC (3 bits)

MSISDN được sử dụng bởi MSC để truy nhập HLR khi cần thiết lập cuộc nối MSISDN có cấu trúc theo CCITT, E164 về kế hoạch đánh số ISDN như sau:

Trong đó:

MCC (Mobile Country Code): mã nước có mạng GSM, do CCITT qui định để nhận dạng quốc gia mà thuê bao đang có mặt.

MNC (Mobile Network Code): mã mạng GSM

MSIN (Mobile Subscriber Identification Number): số nhận dạng thuê bao di động, gồm 10 số được dùng để nhận dạng thuê bao di động trong các vùng dịch vụ của mạng GSM, với 3 số đầu tiên được dùng để nhận dạng HLR

MSIN được lưu giữ cố định trong VLR và trong thuê bao MS MSIN được VLR sử dụng khi truy nhập HLR/AUC để tạo lập “Hộ khẩu thường trú” cho thuê bao

Nhận dạng thuê bao di động cục bộ - LMSI (Location Mobile subscriber

Identity):

Gồm 4 octet VLR lưu giữ và sử dụng LMSI cho tất cả các thuê bao hiện đang

có mặt tại vùng phủ sóng của nó và chuyển LMSI cùng với IMSI cho HLR HLR sử dụng LMSI mỗi khi cần chuyển các mẩu tin liên quan đến thuê bao tương ứng để cung cấp dịch vụ

Nhận dạng thuê bao di động tạm thời - TMSI (Temporaly Mobile subscriber Identity):

TMSI do VLR tự tạo ra trong cơ sở dữ liệu của nó cùng với IMSI sau khi việc kiểm tra quyền truy nhập của thuê bao chứng tỏ hợp lệ TMSI được sử dụng cùng với LAI để địa chỉ hoá thuê bao trong BSS và truy nhập số liệu của thuê bao trong cơ sở

Số chuyển giao HON (Handover Number):

Handover là việc di chuyển cuộc nối mà không làm gián đoạn cuộc nối từ tế bào này sang tế bào khác (trường hợp phức tạp nhất là chuyển giao ở những tế bào thuộc các tổng đài MSC khác nhau) Ví dụ khi thuê bao di chuyển từ MSC1 sang MSC2 mà vẫn đang sử dụng dịch vụ MSC2 yêu cầu VLR của nó tạm thời tạo ra HON để gửi cho MSC1 và MSC1 sử dụng HON để chuyển cuộc nối sang cho MSC2 Sau khi hết cuộc thoại hay thuê bao rời khỏi vùng phủ sóng của MSC1 thì HON sẽ bị xoá

Nhận dạng thiết bị di động quốc tế - IMEI (International Moble Equipment

TAC (Type Approval Code): mã chứng nhận loại thiết bị, gồm 6 kí tự, dùng

để phân biệt với các loại không được cấp bản quyền TAC được quản lý một cách tập trung

FAC (Final Assembly Code): xác định nơi sản xuất, gồm 2 kí tự

SNR (Serial Number): là số Seri, dùng để xác định các máy có cùng TAC và FAC

Phần II TỐI ƯU HÓA MẠNG GSM

Chương III 3.TÍNH TOÁN MẠNG DI ĐỘNG GSM

3.1.Lý thuyết dung lượng và cấp độ dịch vụ

Trong quá trình phát triển mạng, tăng cường dung lượng của mạng là một nhu cầu cấp thiết Tuy nhiên, cùng cần xác định dung lượng cần tăng là bao nhiêu để phù hợp với từng giai đoạn phát triển của mạng và phù hợp với yêu cầu về mặt kỹ thuật

và kinh tế hiện tại

3.1.1.Lưu lượng và kênh vô tuyến đường trục

Trong lĩnh vực giao thông vận tải, đường trục để cho nhiều xe cộ đi đến mọi nơi Hiệu quả sử dụng của đường trục lớn hơn nhiều so với đường cụt (chỉ nối với một xã vùng sâu chẳng hạn) Nếu liên lạc vô tuyến bằng kênh vô tuyến dành riêng PRM (Private Mobile Radio), thì phần lớn thời gian kênh vô tuyến đó không được sử dụng Tài nguyên kênh vô tuyến là rất hạn chế, nên phải quản lý nó trên phạm vi quốc gia và quốc tế Từ đó, xu hướng là kênh vô tuyến đường trục dùng chung

Hệ thống thông tin di động cellular áp dụng kênh vô tuyến đường trục: Mỗi BTS có một số kênh vô tuyến dùng chung cho nhiều người Tỷ lệ người dùng trên số kênh dùng chung càng cao thì hiệu quả sử dụng đường trục càng cao Hiệu suất sử dụng phổ tần số lại càng cao khi cùng một tần số mà được dùng lại nhiều lần ở các cell cách xa nhau

Lưu lượng: Trong hệ thống viễn thông, lưu lượng là tin tức được truyền dẫn

qua các kênh thông tin

Lưu lượng của một thuê bao được tính theo công thức:

A = 3600

* t

C

Trong đó:

C : số cuộc gọi trung bình trong một giờ của một thuê bao

t : thời gian trung bình cho một cuộc gọi

A : lưu lượng thông tin trên một thuê bao (tính bằng Erlang)

Theo số liệu thống kê điển hình thì:

C = 1 : trung bình một người có một cuộc gọi trong một giờ

t = 120s : thời gian trung bình cho một cuộc gọi là 2 phút

⇒ A =

3600

120

*1

≈ 33 mErlang/người sử dụngNhư vậy, để phục vụ cho 1000 thuê bao ta cần một lưu lượng là 33 Erlang

3.1.2.Cấp độ dịch vụ - GoS (Grade of Service)

Nếu một kênh bị chiếm toàn bộ thời gian, thì kênh đó đạt được dung lượng cực đại 1 Erl Vì người sử dụng truy cập kênh vô tuyến theo kiểu ngẫu nhên, nên không thể tránh khỏi những khoảng thời gian để trống kênh vô tuyến đó, do vậy kênh

vô tuyến không đạt được dung lượng lý tưởng (1 Erl) Khi số người dùng tăng lên, số cuộc gọi đi qua kênh càng tăng, nên thông lượng tăng lên.Có thể xảy ra tình huống nhiều người dùng đồng thời truy cập một kênh vô tuyến, khi đó chỉ có một người được dùng kênh, những người khác bị tắc nghẽn

Hình 3-7 Lưu lượng: Muốn truyền, được truyền, nghẽn

Lưu lượng muốn truyền = Lưu lượng được truyền + Lưu lượng nghẽn.

Offered Traffic = Carried Traffic + Blocked Traffic

Cấp phục vụ (GoS = Grade of Service):

Để một kênh đường trục có chất lượng phục vụ cao thì xác suất nghẽn phải thấp Vậy nên số người dùng có thể phải bị giới hạn, tức là lưu lượng muốn truyền phải giữ trong dung lượng kênh Nếu chấp nhận một cấp phục vụ thấp hơn, tức là xác suất nghẽn lớn hơn, thì tương ứng tăng được dung lượng muốn truyền (tăng số người dùng) GoS cùng một nghĩa với xác suất nghẽn:

Lưu lượng muốn truyền: A (lưu lượng muốn truyền)

Lưu lượng bị nghẽn : A*GoS (lưu lượng mất đi)

Lưu lượng được truyền : A*(1 - GoS) (lưu lượng phát ra)

Theo thống kê cho thấy thì các thuê bao cá nhân sẽ không nhận ra được sự tắc nghẽn hệ thống ở mức dưới 10% Tuy nhiên để mạng hoạt động với hiệu suất cao thì mạng cellular thường có GoS = 2 % nghĩa là tối đa 2% lưu lượng bị nghẽn, tối thiểu 98% lưu lượng được truyền

Mô hình ERLANG B:

Đây là mô hình hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao Thuê bao không hề gọi lại khi cuộc gọi không thành Đồng thời giả thiết rằng: Xác suất cuộc gọi phân bố theo luật ngẫu nhiên Poisson, số người dùng rất lớn so với số kênh dùng chung, không có kênh dự trữ dùng riêng, cuộc gọi bị nghẽn không được gọi lại ngay

Hình 3-8 Xác suất nghẽn GoS

Mô hình Erlang B là mô hình thích hợp hơn cả cho mạng GSM Từ các công thức toán học, người ta lập ra bảng Erlang B cho tiện dụng (phần Phụ lục)